独立运行的光伏系统的研究

随着时代的发展,人类对能源的需求越来越多,新能源开发是解决能源问题的根本途径,而太阳能光伏发电正是新能源和可再生能源的重要组成部分。本文主要研究独立光伏发电系统,它有着相当广泛的应用。独立光伏系统主要包括了光伏电池、蓄电池组、充电器和逆变器四个组成部分,本文对独立光伏系统中的最大功率点跟踪和蓄电池管理等关键技术进行深入研究,并给出了相对完整的独立光伏系统设计、实验样机和实验结果。 为了研究最大功率点跟踪的方法,本文利用光伏电池的数学模型和等效电路,在MATLAB/Simulink中建立了光伏电池的仿真模型,得到了与实际光伏电池输出特性一致的仿真曲线,为进一步研究最大功率点跟踪打下了基础。最大功率点跟踪的方法有很多,但是应用最为广泛的是扰动观察法和电导增量法,本文对这两种方法进行了详细的分析,给出了算法设计,并利用先前建立的光伏电池的仿真模型对算法进行了仿真,仿真结果验证了算法设计的正确。除此之外,本文还以扰动观察法为例讨论了影响最大功率点跟踪效果的因素。蓄电池的管理也是独立光伏系统的一个重要组成环节,本文采用了三阶段充电的策略来对蓄电池进行充电,再结合过充保护和过放保护来实现蓄电池的充放电管理。 本文最后给出了独立光伏系统的完整设计,包括系统的结构、拓扑的选择、控制资源的分配、功率器件选择、磁性元件设计,以及变换器关键驱动电路和采样电路的设计。最后试制了一台1kW的原理样机,进行了原理验证实验,实验结果验证了本文所设计的独立光伏系统的可行性。